La questione della direzione del tempo (o
freccia del tempo) e quindi della reversibilita’ temporale e’ un problema
con profonde implicazioni a livello scientifico e filososfico. Una trattazione
esauriente sarebbe impossibile in questa sede (data anche l’ignoranza
di chi scrive).
In Fisica, mi sembra opportuno distinguere
due ambiti:
-
Irreversibilita’ a livello microscopico,
o comunque a livello di sistemi semplici. -
Irreversibilita’ a livello macroscopico,
o a livello di sistemi con molti corpi in gioco
Primo caso: si prenda l’esempio classico
delle due palle da biliardo (ideali: completamente elastiche) che urtano.
Se io guardassi la ripresa al contrario, non
noterei nulla di strano, nel senso che osserverei ancora fenomeni fisici
familiari. L’urto delle palle da biliardo e’ un fenomeno reversibile,
come dice la meccanica classica newtoniana. Anche la meccanica quantistica
prevede che gli urti tra particelle elementari siano fenomeni reversibili.
Figura 1: esempio di fenomeno
reversibile: sia la sequenza di destra sia quella
di sinistra sono fenomeni
fisici possibili ed egualmente probabili
Secondo caso: un gas (confinato in
una piccola regione di spazio) formato da milioni di molecole si espande.
In questo caso, il film girato al contrario (ovvero, tutte le molecole
che tornano ad occupare le posizioni iniziali senza intervento esterno)
susciterebbe il nostro stupore: non e’ un fenomeno fisico, perche’ viola
la seconda legge della termodinamica (che dice, per parafrasare Beppe
Grillo, che da un acquario posso fare una zuppa di pesce, ma non viceversa
…).
Figura 2: le molecole di un
gas, inizialmente confinate in un angolo di un contenitore, vengono liberate
e dopo poco occupano tutto lo spazio a loro disposizone (a sinistra).
Il fenomeno inverso ( a destra) , per cui le molecole spontaneamente si
confinano nell’angolo, e’ impossibile, non e’ un fenomeno fisico. Come
se tutta l’aria di una stanza se ne andasse spontaneamente a ficcarsi
sotto la sedia !
Fino a qui niente di strano. Senonche’, in
tempi relativamente recenti, i fisici si sono accorti che quanto descritto
per il primo caso non e’ completamente vero per alcuni sistemi di particelle
elementari.
Purtroppo la spiegazione non e’ cosi’ immediata
come per le palle da biliardo. Occorre una piccola introduzione.
Agli scienziati piace indagare l’Universo
cercando di scoprire elementi che conferiscano
un certo ordine alle cose: in particolare
, quantita’ conservate e simmetrie (un famoso teorema stabilisce una correlazione
tra di esse, ma questa e’ un’altra storia …) Le simmetrie piu’ importanti
che si considerano in Fisica delle Particelle sono:
C : coniugazione di carica. Una reazione
e’ simmetrica per C se scambiando particelle con antiparticelle essa non
cambia (ovvero , la reazione risultante e’ un fenomeno fisico possibile)
P: parita’ o riflessione spaziale.
Conservata se cambiando (x,y,z) con (-x,-y,-z) la reazione non cambia
T: inversione temporale. Conservata
se cambiando il verso del tempo (girando il film “all’indietro”) la reazione
non cambia.
Esiste un teorema, detto teorema CPT dice
che la combinazione delle tre operazioni e’ una simmetria valida per qualunque
sistema. Dunque, in sistemi in cui CP e’ violata, anche T lo e’ indirettamente.
Il sistema dei Kaoni e quello dei mesoni B
violano CP e dunque, indirettamente, T.
Esiste inoltre una reazione che viola T direttamente:
Ancora, l’esistenza di momento di dipolo elettrico
del neutrone e’ una prova della violazione di T.
Quindi, contrariamente a quanto si credeva,
anche nel mondo microscopico esiste
una direzione preferenziale del tempo: alcune
reazioni hanno meno probabilita’ di avvenire in un senso rispetto all’altro.
Ad esempio, in una reazione che viola T,
A+B -> C+ D
avverrebbe con probabilita’ diversa rispetto
a
C+D -> A+B
Le implicazioni di tutto cio’ non sono immediate.
Non e’ facile intuire che cosa avverrebbe nel nostro mondo macroscopico
se la violazione di T per questi particolari sistemi avesse senso inverso.
Probabilmente non ci accorgeremmo assolutamente di niente.
Non si parla quindi di “direzione del tempo
rispetto a un dato sistema di riferimento”.
Il sistema di riferimento e’ una convenzione
che viene scelta da chi descrive il fenomeno.
Esiste pero’, anche a livello microscopico,
un modo di capire quale direzione del tempo e’ quella “fisica”, ad esempio
attraverso l’osservazione di queste reazioni che violano la simmetria
temporale T.
Bibliografia:
Coveney, HighField, La freccia del tempo,
Rizzoli
Regge, Tibone, La freccia del tempo, Zanichelli
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